Определение кинематического радиуса колеса автомобиля

Abstract

В настоящей статье предложен метод, позволяющий на стадии проектирования автомобиля осуществлять оценку кинематического радиуса колеса. Получено аналитическое выражение, связывающее между собой динамический и кинематический радиусы колеса. Кинематический радиус колеса является параметром, характеризующим связь между угловой скоростью колеса и линейной скоростью его оси (скоростью автомобиля). Определение кинематического радиуса колеса в настоящее время происходит экспериментальным путем, что не позволяет производить его оценку на этапе предварительного проектирования. В теории эксплуатационных свойств автомобиля рассматриваются следующие четыре радиуса колеса: свободный радиус; статический радиус; кинематический радиус; динамический радиус. Наибольшую трудность представляет собой определение кинематического радиуса. В работе предложен мгновенный упругий коэффициент полезного действия колеса, что позволило связать между собой кинематический, динамический радиусы колеса и угловую жесткость шины. При равномерном качении ведущего колеса мгновенный КПД равен произведению упругого мгновенного КПД и КПД, учитывающего потери на сопротивление качению. Определено, что упругое буксование колеса можно вычислить как произведение мгновенного КПД, учитывающего потери на сопротивление качению на угол статической закрутки колеса. Предложено аналитическое выражение для расчета кинематического радиуса колеса. Проведенные расчеты на примере 14 моделей шин автомобилей позволили определить следующее: – величины кинематических радиусов 𝑟𝑟кин близки к величинам статических радиусов, что наиболее характерно для шин легковых автомобилей; – максимальное буксование рассматриваемых шин при движении по сухой дороге с асфальтобетонным покрытием находится в пределах 𝑆𝑆 = 2,2 - 2,5 % – для легковых автомобилей и 𝑆𝑆 = 4,0 - 7,7 % – для грузовых; – потери мощности на упругие деформации шины в режиме равномерного движения автомобиля по дороге с сухим асфальтобетонным покрытием соответствуют упругому мгновенному КПД 𝜂𝜂упр мгн = 0,975 - 0,978 – для легковых автомобилей и 𝜂𝜂упр = 0,923 - 0,960 – для грузовых. – упругие потери мощности для шин легковых автомобилей соизмеримы с потерями на сопротивления перекатыванию �𝜂𝜂𝑓𝑓 мгн = 0,975�, а упругие потери шины грузовых автомобилей больше потерь на сопротивление перекатыванию (𝜂𝜂упр мгн < 𝜂𝜂𝑓𝑓 мгн) что необходимо учитывать при анализе их тягово-скоростных характеристик.

У цій статті запропоновано метод, що дозволяє на стадії проектування автомобіля здійснювати оцінку кінематичного радіуса колеса. Отримано аналітичний вираз, що зв'язує між собою динамічний і кінематичний радіуси колеса. Кінематичний радіус колеса є параметром, що характеризує зв'язок між кутовою швидкістю колеса і лінійної швидкістю його осі (швидкістю автомобіля). Визначення кінематичного радіуса колеса в даний час відбувається експериментальним шляхом, що не дозволяє проводити його оцінку на етапі попереднього проектування. В теорії експлуатаційних властивостей автомобіля розглядаються наступні чотири радіусу колеса: вільний радіус; статичний радіус; кінематичний радіус; динамічний радіус. Найбільшу трудність представляє собою визначення кінематичного радіусу. В роботі запропоновано миттєвий пружний коефіцієнт корисної дії колеса, що дозволило зв'язати між собою кінематичний, динамічний радіуси колеса і кутову жорсткість шини. При рівномірному коченні ведучого колеса миттєвий ККД дорівнює добутку пружного миттєвого ККД і ККД, що враховує втрати на опір коченню. Визначено, що пружне буксування колеса можна обчислити як добуток миттєвого ККД, що враховує втрати на опір коченню на кут статичної закрутки колеса. Запропоновано аналітичний вираз для розрахунку кінематичного радіуса колеса. Проведені розрахунки на прикладі 14 моделей шин автомобілів дозволили визначити наступне: – величини кінематичних радіусів rкін близькі до величин статичних радіусів, що найбільш характерно для шин легкових автомобілів; – максимальне буксування розглянутих шин при русі по сухій дорозі з асфальтобетонним покриттям знаходиться в межах S = 2,2 - 2,5% – для легкових автомобілів і S = 4,0 - 7,7% – для вантажних; – втрати потужності на пружні деформації шини в режимі рівномірного руху автомобіля по дорозі з сухим асфальтобетонним покриттям відповідають пружному миттєвого ККД 𝜂𝜂упр мгн = 0,975 - 0,978 – для легкових автомобілів і 𝜂𝜂упр = 0,923 - 0,960 – для вантажних. – пружні втрати потужності для шин легкових автомобілів співмірні з втратами на опору перекочування �𝜂𝜂𝑓𝑓 мгн = 0,975�, а пружні втрати шини вантажних автомобілів більше втрат на опір перекочування (𝜂𝜂упр мгн < 𝜂𝜂𝑓𝑓 мгн), що необхідно враховувати при аналізі їх тягово швидкісних характеристик.

This article presents a new method proposing the estimation of the kinematic car radius at the wheel at the stage of car pojecting. The analytic expression linking both dynamic and kinematic car radiuses has been obtained. The kinematic car radius presents the parameter characterizing the link between the angular rate and linear one of the car axis at present the analysis of the kinematic car radius is carried out experimentally, so the estimation can’t he done at the stage of preliminary projecting. Jacking into account the operational car properties four car radiuses are considered. a) free radius; b) static radius; c) dynamic radius; d) kinematic radius. The determination of the kinematic radius presents much difficulty a momentary elastic efficiency is presentеd in this article that enables to link kinematic and dynamic radiuses and angular tire stiffness. Being evenly roсked the momentary efficiency of the leading wheel is equal to the product of the stiff momentary efficiency and the one including the loss of rock resistance. It is stated that the stiff towing of the wheel can be estimated as the product of the momentary efficiency increasing the loss of the rock resistance to the angle of the static wheel tursting. An analytic expression for the estimation of the kinematic car radius is proposed. The estimation of 14 models of cars tires, as an illustration, enables to state the following: – the quantity of kinematic radiuses is close to that of static ones that is most typical to car tires; – the maximum towing of considered tires while driving along dry asphalt roads is in the limit of S = 2.2 - 2.5% for cars and in the limit of S = 4.0 - 7.7% for lorries; – the loss by stiff deformation of tires while driving along asphalt roads agrees with stiff momentary efficiency 𝜂𝜂упр мгн = 0,975 - 0,978 – for cars and 𝜂𝜂упр= 0,923 - 0,960 for lorries. – stiff losses of car tires are comparable to those by resistance rocking (𝜂𝜂𝑓𝑓 мгн = 0,975), ar it is necessary to consider that analyzing their thrust rate properties and elastic loss of the truck tires more losses on the resistance to rolling (𝜂𝜂упр мгн < 𝜂𝜂𝑓𝑓 мгн) what to consider in the analysis of their traction-speed characteristics.